(57)【要約】【課題】外部負荷のインピーダンスを正確に検出する。【解決手段】信号増幅装置１は、第１外部端子ＴＡ、第２外部端子ＴＢ、第１端子Ｔ１及び第１外部端子ＴＡと接続される第２端子Ｔ２を備えた半導体集積回路１０、並びに第１外部端子ＴＡと接続される内部負荷７１を備える。半導体集積回路１０は、入力信号Ｓinを増幅して出力信号Ｓoutを第１端子Ｔ１に出力する増幅部２０と、一端が第２端子Ｔ２に接続された抵抗４０と、テスト信号ＴＳを生成して抵抗４０の他端に供給するテスト信号生成部３０と、第２端子Ｔ２におけるテスト信号ＴＳの振幅を検出するＡＤ変換部５０と、検出データＤに基づいて、増幅部２０のゲインを制御する制御部６０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１外部端子、所定の電位が供給される第２外部端子、及び一端が第１外部端子に接続された内部負荷を備えた信号増幅装置に用いることが可能な半導体集積回路であって、
前記内部負荷の他端に接続される第１端子と、
前記第１外部端子に接続される第２端子と、
入力信号を増幅して出力信号を前記第１端子に出力する増幅部と、
一端が前記第２端子に接続された抵抗と、
テスト信号を生成して前記抵抗の他端に供給するテスト信号生成部と、
前記第２端子における前記テスト信号の振幅を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記増幅部のゲインを制御する制御部と、
を備える半導体集積回路。
【請求項２】
前記制御部は、
テスト期間において、前記テスト信号を出力するように前記テスト信号生成部を制御するとともに、出力インピーダンスをハイインピーダンス状態とするように前記増幅部を制御し、
前記テスト期間以外の期間において、出力インピーダンスをハイインピーダンス状態とするように前記テスト信号生成部を制御するとともに、前記出力信号を出力するように前記増幅部を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路。
【請求項３】
前記所定の電位は接地電位であり、前記検出部は、前記第２端子における前記テスト信号の振幅と、前記抵抗の他端における前記テスト信号の振幅とを検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体集積回路。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の半導体集積回路と、
前記第２端子に接続された第１外部端子と、
所定の電位が供給される第２外部端子と、
一端が前記第１外部端子に接続され、且つ、他端が前記第１端子に接続された内部負荷と、
を備えることを特徴とする信号増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部負荷に応じて出力信号の振幅を調整する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
音声信号を増幅して外部負荷に出力する音声出力回路において、外部負荷のインピーダンスを測定し、外部負荷の測定値に応じて音声信号を切り替えるものが知られている（特許文献１）。外部負荷として接続されるスピーカやヘッドホンは、４、８、１６、３２Ωのインピーダンスを取り得る。従来の技術によれば、音声出力回路に接続される外部負荷に応じて音声信号を切り替えるので、音声出力回路に外部負荷として接続される装置を過大入力によって破壊されるのを未然に防止できるといった利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１７９４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、外部負荷のインピーダンスを測定するために、テスト信号を外部負荷に供給することも考えられる。この場合には、出力信号とテスト信号とを切り替えて外部負荷に供給することになる。
しかしながら、外部負荷を保護する観点から、信号増幅装置では、出力信号を保護抵抗などの内部負荷を介して外部負荷に供給するのが一般的である。この場合、テスト信号を内部負荷を介して外部負荷に供給すると、内部負荷と外部負荷の合計のインピーダンスを計測することになり、外部負荷のインピーダンスを正確に計測できないといった問題があった。
本発明は、正確な外部負荷のインピーダンスに応じて出力信号の振幅を調整することを解決課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するために本発明に係る半導体集積回路は、第１外部端子、所定の電位が供給される第２外部端子、及び一端が第１外部端子に接続された内部負荷を備えた信号増幅装置に用いることが可能であって、前記内部負荷の他端に接続される第１端子と、前記第１外部端子に接続される第２端子と、入力信号を増幅して出力信号を前記第１端子に出力する増幅部と、一端が前記第２端子に接続された抵抗と、テスト信号を生成して前記抵抗の他端に供給するテスト信号生成部と、前記第２端子における前記テスト信号の振幅を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて、前記増幅部のゲインを制御する制御部とを備える。
【０００６】
この発明によれば、半導体集積回路において、出力信号を出力する第１端子とテスト信号を出力する第２端子とが独立して設けられており、第２端子は第１外部端子に接続されている。従って、出力信号は、第１端子→内部負荷→第１外部端子→外部負荷といった経路で外部負荷に供給される一方、テスト信号は、第２端子→第１外部端子→外部負荷といった経路で外部負荷に供給される。この結果、テスト信号は内部負荷には供給されないので、正確な外部負荷のインピーダンスに応じて増幅部のゲインを調整することができる。
【０００７】
上述した半導体集積回路において、前記制御部は、テスト期間において、前記テスト信号を出力するように前記テスト信号生成部を制御するとともに、出力インピーダンスをハイインピーダンス状態とするように前記増幅部を制御し、前記テスト期間以外の期間において、出力インピーダンスをハイインピーダンス状態とするように前記テスト信号生成部を制御するとともに、前記出力信号を出力するように前記増幅部を制御することが好ましい。この態様によれば、出力信号が出力される第１端子とテスト信号が出力される第２端子とは排他的にハイインピーダンス状態になるので、出力信号とテスト信号とを第１外部端子から排他的に外部負荷に供給することが可能となる。
【０００８】
また、上述した半導体集積回路において、前記所定の電位は接地電位であり、前記検出部は、前記第２端子における前記テスト信号の振幅と、前記抵抗の他端における前記テスト信号の振幅とを検出することが好ましい。この発明によれば、抵抗の他端におけるテスト信号の振幅を検出するので、テスト信号生成部から出力されるテスト信号の振幅が未知であったり、あるいは、テスト信号生成部の温度特性や経時変化によりテスト信号生成部から出力されるテスト信号の振幅が変化しても、正確に外部負荷のインピーダンスを特定することができる。
【０００９】
次に、本発明に係る信号増幅装置は、上述した半導体集積回路と、前記第２端子に接続された第１外部端子と、所定の電位が供給される第２外部端子と、一端が前記第１外部端子に接続され、且つ、他端が前記第１端子に接続された内部負荷と、を備えることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る信号増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図２】アンプの出力段の構成を示す回路図である。
【図３】テスト期間以外の期間において出力信号が供給される経路を示す説明図である。
【図４】テスト期間においてテスト信号が供給される経路を示す説明図である。
【図５】信号増幅装置の比較例の構成を示すブロック図である。
【図６】変形例に係る信号増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図７】変形例に係る信号増幅装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜１．実施形態＞
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る信号増幅装置１の主要構成を示すブロック図である。信号増幅装置１は、ＩＣ又はＩＣモジュールなどで構成される半導体集積回路１０と、第１外部端子ＴＡ、第２外部端子ＴＢ、及び内部負荷７１を備える。
第１外部端子ＴＡ及び第２外部端子ＴＢは、例えば、ヘッドホンのジャックとプラグとの接続点に相当する。第１外部端子ＴＡ及び第２外部端子ＴＢには外部負荷２が接続される。外部負荷２としては、インピーダンスが相違するヘッドホンやスピーカなどが該当する。この例では、第１外部端子ＴＡからテスト信号ＴＳ又は出力信号Ｓoutが出力され、第２外部端子ＴＢには接地電位（所定の電位）が供給される。半導体集積回路１０は、テスト期間においてテスト信号ＴＳを外部負荷２に供給し、外部負荷２のインピーダンスに応じてテスト期間以外の期間において出力信号Ｓoutの振幅を調整するようになっている。
【００１２】
内部負荷７１は、第１外部端子ＴＡと半導体集積回路１０との間に設けられており、高域周波数のノイズを除去するフェライトビーズや、大振幅の信号からスピーカやヘッドホンなどの外部負荷２を保護するための保護抵抗などを含んで構成してもよい。
【００１３】
半導体集積回路１０は、内部負荷７１と接続される第１端子Ｔ１と、第1外部端子ＴＡに接続される第２端子Ｔ２とを備える。
また、半導体集積回路１０は、差動形式の入力信号Ｓinを増幅してシングルエンド形式の出力信号Ｓoutを生成し、第１端子Ｔ１に供給する増幅部２０を備える。より具体的には、増幅部２０は、第１制御信号ＣＴＬ１に基づいて、入力信号Ｓinの振幅を調整する信号調整部２１とアンプ２２とを備える。この例では、アンプ２２のゲインは固定であり、増幅部２０のゲインは、信号調整部２１によって制御される。なお、この例では、入力信号Ｓinを差動形式としたが、シングルエンド形式であってもよいことは勿論である。この場合、信号調整部２１及びアンプ２２はシングルエンド形式で構成される。
【００１４】
また、アンプ２２には、テスト期間においてハイレベルとなり、テスト期間以外の期間においてローレベルとなる第２制御信号ＣＴＬ２が供給される。アンプ２２の出力段は、例えば、図２に示すようにＰチャネルトランジスタＰ１とＮチャネルトランジスタＮ１とが直列に接続されており、テスト期間ではＰチャネルトランジスタＰ１のゲート電位が電源電圧Ｖｄｄにプルアップされ、ＮチャネルトランジスタＮ１のゲート電位が接地電位にプルダウンされる。一方、テスト期間以外の期間では、ＰチャネルトランジスタＰ１及びＮチャネルトランジスタＮ１のゲートは適切にバイアスされ、出力信号Ｓoutが低インピーダンスで出力される。これにより、テスト期間では、増幅部２０の出力インピーダンスがハイインピーダンス状態となり、テスト期間以外の期間では、増幅部２０から出力信号Ｓoutが第１外部端子ＴＡに出力され、内部負荷７１を介してヘッドホンなどの外部負荷２に供給される。
【００１５】
さらに、半導体集積回路１０は、テスト信号生成部３０、抵抗４０、ＡＤ変換部５０、及び制御部６０を備える。テスト信号生成部３０は、差動形式のテスト信号ＴＳを発生する信号発生器３１とアンプ３２を備える。信号発生器３１で発生するテスト信号ＴＳは、外部負荷２のインピーダンスを測定できるのであればどのようなものであってもよいが、利用者の聴覚で感知されないものが好ましい。信号発生器３１には第２制御信号ＣＴＬ２が供給され、信号発生器３１は第２制御信号ＣＴＬ２がハイレベルとなるテスト期間においてテスト信号ＴＳを生成する。なお、この例では、信号発生器３１で発生するテスト信号ＴＳを差動形式としたが、シングルエンド形式であってもよいことは勿論である。この場合、信号発生器３１及びアンプ３２はシングルエンド形式で構成される。
【００１６】
次に、アンプ３２は、所定のゲインでテスト信号ＴＳを増幅して、抵抗４０に供給する。また、アンプ３２の出力段は、アンプ２２と同様に、例えば、図２に示すように構成されている。そして、第２制御信号ＣＴＬ２がハイレベルとなるテスト期間において、ＰチャネルトランジスタＰ１及びＮチャネルトランジスタＮ１のゲートは適切にバイアスされ、第２制御信号ＣＴＬ２がローレベルとなるテスト期間以外の期間においてオフ状態となるように構成されている。これにより、テスト期間ではテスト信号生成部３０からテスト信号ＴＳが、抵抗４０を介してヘッドホンなどの外部負荷２に供給され、テスト期間以外の期間では、テスト信号生成部３０の出力側がハイインピーダンス状態になることに伴って第２端子Ｔ２がハイインピーダンス状態となる。
【００１７】
次に、ＡＤ変換部５０は、第２端子Ｔ２の電位をＡＤ変換して得た検出データＤを制御部６０に出力する。即ち、ＡＤ変換部５０は、テスト期間において第２端子Ｔ２におけるテスト信号ＴＳの振幅を検出する検出部として機能する。
【００１８】
次に、制御部６０には、外部装置から第１外部端子ＴＡ及び第２外部端子ＴＢにヘッドホンなどの外部負荷２が接続されるとアクティブになる検知信号ＣＴＬが供給される。制御部６０は、検知信号ＣＴＬがアクティブになった後、所定時間だけ第２制御信号ＣＴＬ２をハイレベルとする。第２制御信号ＣＴＬ２がハイレベルの期間がテスト期間となる。
そして、テスト期間における検出データに基づいて、外部負荷２のインピーダンスを測定し、外部負荷２のインピーダンスに応じて第１制御信号ＣＴＬ１を生成する。
【００１９】
信号発生器３１で生成するテスト信号ＴＳの振幅は既知であり、アンプ３２のゲインも既知である。従って、テスト信号生成部３０から出力されるテスト信号ＴＳの振幅も既知である。ここで、テスト信号生成部３０から出力されるテスト信号ＴＳの振幅をＶ２、第２端子におけるテスト信号ＴＳの振幅をＶ１、抵抗４０のインピーダンスをＺｙ、外部負荷２のインピーダンスをＺｘとすれば、外部負荷２のインピーダンスＺｘは、以下に示す式（１）で与えられる。
Ｚｘ＝ＺｙＶ１／（Ｖ２−Ｖ１）…（１）
【００２０】
制御部６０は、式（１）に従ってインピーダンスＺｘを算出し、インピーダンスＺｘに応じた第１制御信号ＣＴＬ１を生成し、増幅部２０のゲインを調整する。この結果、異なる種類の外部負荷２が接続されても、適切な音量を出力することができる。
【００２１】
本実施形態によれば、テスト期間以外の期間では、図３に示すように第１端子Ｔ１から出力される出力信号Ｓoutが内部負荷７１を介して外部負荷２に供給される一方、第２端子Ｔ２はハイインピーダンス状態となる。従って、テスト信号ＴＳと独立して出力信号Ｓoutを外部負荷２に供給することができる。また、内部負荷７１を介して出力信号Ｓoutを供給するので、外部負荷２が故障などの理由で短絡したとしても、半導体集積回路１０を保護することができ、更に、大振幅の出力信号Ｓoutが半導体集積回路１０から出力されても外部負荷２を保護することができる。
【００２２】
次に、テスト期間では、図４に示すように第１端子Ｔ１はハイインピーダンス状態となる一方、第２端子Ｔ２から出力されるテスト信号ＴＳは内部負荷７１を通らずに、外部負荷２に直接供給される。
図５に示す信号増幅装置１Ｚでは、半導体集積回路１０Ｚに第２端子Ｔ２が設けられておらず、抵抗４０が第１端子Ｔ１に接続されている。このため、テスト信号ＴＳが内部負荷７１を介して外部負荷２に供給される。この場合は、内部負荷７１の影響を受けて、外部負荷２のインピーダンスを正確に特定することができない。
しかしながら、本実施形態では、図１に示すように半導体集積回路１０に第２端子Ｔ２を設けるとともに第２端子Ｔ２と第１外部端子ＴＡとを接続したので、内部負荷７１を迂回してテスト信号ＴＳを外部負荷２に供給することができる。この結果、内部負荷７１の影響を受けることなく、外部負荷２のインピーダンスを正確に特定することができ、異なる種類の外部負荷２が接続されても、適切な音量を出力することが可能となる。
【００２３】
＜２．変形例＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に述べる各種の変形が可能である。また、上述した実施形態と各変形例は適宜組み合わせてもよいことは勿論である。
【００２４】
（１）上述した実施形態では、テスト信号生成部３０から出力されるテスト信号ＴＳの振幅Ｖ２は既知であるとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、テスト信号生成部３０から出力されるテスト信号ＴＳの振幅Ｖ２を測定して外部負荷２のインピーダンスを特定してもよい。
【００２５】
例えば、図６に示す半導体集積回路１０Ａを用いて、信号増幅装置１を構成してもよい。この場合、テスト信号生成部３０から出力されるテスト信号ＴＳの振幅Ｖ２をＡＤ変換して検出データＤａを出力するＡＤ変換部５０Ａと、第２端子Ｔ２におけるテスト信号ＴＳの振幅Ｖ１をＡＤ変換して検出データＤｂを出力するＡＤ変換部５０Ｂを設け、制御部６０は、検出データＤａ及び検出データＤｂに基づいて、外部負荷２のインピーダンスを特定すればよい。
【００２６】
あるいは、図７に示す半導体集積回路１０Ｂを用いて、信号増幅装置１を構成してもよい。この場合、テスト信号生成部３０から出力されるテスト信号ＴＳの振幅Ｖ２と第２端子Ｔ２におけるテスト信号ＴＳの振幅Ｖ１をテスト期間において選択する選択部ＳＥＬを設け、制御部６０は、時分割で供給される検出データＤａ及び検出データＤｂに基づいて、外部負荷２のインピーダンスを特定してもよい。
このように、テスト信号ＴＳの振幅Ｖ２を測定すると、テスト信号生成部３０の製造ばらつき、温度特性、あるいは経時変化によってテスト信号ＴＳの振幅Ｖ２が変化しても、これを実測するので、より正確に外部負荷２のインピーダンスを測定することができる。
【００２７】
（２）上述した実施形態及び変形例では、制御部６０は、式（１）に基づいて外部負荷２のインピーダンスを算出することとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、第２端子Ｔ２におけるテスト信号ＴＳの振幅Ｖ１に基づいて、第１制御信号ＣＴＬ１を生成してもよい。テスト信号生成部３０から出力されるテスト信号ＴＳの振幅Ｖ２は固定であるので、外部負荷２のインピーダンスと第２端子Ｔ２におけるテスト信号ＴＳの振幅Ｖ１とは、１対１に対応する。そして、外部負荷２のインピーダンスに応じて増幅部２０のゲインを決定するので、予めテスト信号ＴＳの振幅Ｖ１と増幅部２０のゲインの関係を定めておけば、インピーダンスを算出しなくても、第１制御信号ＣＴＬ１を直接生成することができる。具体的には、テスト信号ＴＳの振幅Ｖ１と第１制御信号ＣＴＬ１の大きさとをテーブルに記憶しておき、テーブルを参照して第１制御信号ＣＴＬ１を生成すればよい。
【００２８】
（３）上述した実施形態では、２極タイプのプラグについて説明したが、３極又は４極タイプのプラグに適用してもよいことは勿論である。ところで、４極タイプのプラグは、先端から、Ｌｃｈ、Ｒｃｈ、ＧＮＤ、ＭＩＣが配置される第１態様と、先端からＬｃｈ、Ｒｃｈ、ＭＩＣ、ＧＮＤが配置される第２態様が存在する。この場合、先端から３番目の電極に、第１態様ではＧＮＤが接続される一方、第２態様ではＭＩＣが接続される。上述した実施形態を４極タイプのプラグに適用した場合には、先端から３番目の電極のインピーダンスを算出することによって、第１態様と第２態様とを判別することができる。第１態様ではＧＮＤと接続されるためインピーダンスはゼロとなるが、第２態様ではマイクが接続されるため、マイクのインピーダンスが算出される。したがって、インピーダンスに基づいてプラグの種類を判別することが可能となる。
【符号の説明】
【００２９】
１……信号増幅装置、２……外部負荷、１０，１０Ａ，１０Ｂ……半導体集積回路、２０……増幅部、２１……信号調整部、２２……アンプ、３０……テスト信号生成部、３１……信号発生器、３２……アンプ、４０……抵抗、５０……ＡＤ変換部、６０……制御部、７１……内部負荷、ＴＡ……第１外部端子、ＴＢ……第２外部端子、Ｔ１……第１端子、Ｔ２……第２端子、Ｓin……入力信号、Ｓout……出力信号、ＣＴＬ１……第１制御信号、ＣＴＬ２……第２制御信号。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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